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　　棕在刚玉冶炼生产过程中，原料来源的选择和原料的质量控制是至关重要的也是必须严加控制的一个工艺过程；原料的选择在一定的程度上决定了其产品的应用范围；原料的质量能否得到有效的控制，不仅严重的影响产品质量和使用性能，同时也直接影响棕刚玉生产的制造成本；所以，在棕刚玉生产过程中必须对主原料铝矾土、铁屑、无烟煤进行严格的控制，尤其是对SiO2、CaO更应该严格的控制其原料的涉入量。SiO2、CaO的带入，不仅给生产带来了困难、影响了制造成本、降低了AL2O3、 TiO2有价组元的含量，还因为产品质量的欠缺影响了产品的商品价格和产品的应用范围。
　　
　　一、冶炼棕刚玉用主原料技术条件
　　
　　对生产普通的（用于磨料或高温耐材）棕刚玉，其主原料熟矾土的化学成分、铁屑和无烟煤（焦碳）都有一定的技术质量指标 。
　　
　　二、高硅、钙铝矾土原料的成因分析
　　
　　冶炼棕刚玉用铝矾土熟料与生产金属铝和耐火原料用的铝矾土是不同的，冶炼棕刚玉用的铝矾土熟料是选用优质的高AL2O3、 TiO2低SiO2、CaO的铝矾土，而生产金属铝和耐火原料用的铝矾土对上述指标要求则相对要低一些，就可满足生产需要。
　　目前，我国刚玉材料的生产制造企业约有170家左右，其生产能力约在200万吨左右，按生产能力计算，仅刚玉生产用高铝优质熟矾土约在240万吨左右。由于诸多基础工业及刚玉制造业的快速发展，铝矾土需求量迅猛增长，也由于铝矾土资源的匮乏，再加上有的矾土供应商和中间环节的不规范行为，致使棕刚玉冶炼所用的熟铝矾土数量保证困难，而且质量严重下滑；A/S由八十年代的25—30:1，下降到九十年代的15—20:1，而今有的企业则经常使用A/S10—12:1的铝矾土，甚至有的企业所用的铝矾土中有时SiO2的含量竟然超过10%都没有引起企业决策者的重视，如何从技术和经济双重困境中解脱出来，就更显无力了。目前，国内生产普通的（用于磨料或高温耐材）棕刚玉所用的铝矾土原料南、北方的AL2O3、SiO2、Fe2O3含量都差不多
　　通过数理统计分析，就其生产棕刚玉用铝矾土中有害杂质SiO2、CaO一是来源铝矾土中固结材料本身；二是随着铝矾土熟料混入的细土面而带入。前者是原料本身所含有的，可以在选择原料来源时酌情控制，或进行选配矿处理予以保障原料质量，而后者则是更重要的涉入来源，这就需要棕刚玉制造企业自己来严格控制了。由于铝矾土资源的日趋紧张，细土面混入的铝矾土熟料中可能将会愈加严重，这就使生产企业处于“弃而不舍，用而无法”的两难境地，同时也给棕刚玉制造企业带来了严重的困难和挑战。另外，从上面原料数理分析可知，无烟煤、铁屑中带入的有害杂质SiO2、CaO也应该引起足够重视和严格的控制。由于SiO2、CaO过量混入，就导致棕刚玉生产企业耗电、耗原料使之制造成本升高，更重要的是导致产品质量严重失控而使用性能受限，寻找既经济又合理的解决方法势在必行。
　　
　　三、工艺设计与控制
　　
　　SiO2、CaO对其棕刚玉的产品质量和应用范围是十分有害的，必须在生产及工艺技术方面加以严格控制。在棕刚玉冶炼过程中，SiO2、可以通过气化升华或还原生成低硅铁除去，而CaO在棕刚玉冶炼过程中是十分难以祛除的，所以必需严格控制原料（铝矾土、无烟煤、铁屑）中CaO的进入量，并设计出合理的、与之相适应的工艺技术方案，有目标地对其进行分流与控制。
　　（二）工序控制
　　1、对准备购进原料来源进行分类控制，做到源头受控。冶炼棕刚玉的主原料中 SiO2、正常情况下一般控制在小于6%的范围内，而CaO则应控制在小于0.5%的范围内。
　　2、将已经购进铝矾土中夹带的细土面子进行筛分（或进行粉尘回收）预处理，以保证冶炼原料的净化和稳定。
　　3、严格控制无烟煤（焦碳）和铁屑中杂质含量，从源头上控制煤矸石、铸造型砂等杂质的涉入量，保证生产原料处于受控状态。
　　4、不仅铝矾土、无烟煤、铁屑在配料前要进行严格挑拣，还要对入炉主原料铝矾土的化学成分和粒度大小进行合理设计并加以严格控制，分别设计出冶炼前期、中期、后期用料的合理配比，同时严格控制入炉料的粒度范围，以确保冶炼过程的顺利进行。
　　5、对回收的细粉料进行合理设计与利用，在冶炼过程中，据其冶炼原理，调整刚玉熔融液的PH值，按比例配入还原剂、澄请剂、助熔剂、促进剂等原料，通过加工成球状或有一定块度的复合料，再行冶炼，综合效益更好，这样不仅经济合理、降低了冶炼难度，更重要的是实现了在冶炼过程中棕刚玉质量得到有效控制。
　　（三）工艺技术方案设计
　　1、工艺流程：
　　铝矾土（无烟煤、铁屑）原料入仓检控→备料（分级控制→球团制备→烘干处理）→配料→冶炼→倾倒→冷却→碎选→计量与入库
　　2、冶炼工艺的设计
　　冶炼是棕刚玉生产的重要工序，通过冶炼，控制适当的冶炼气氛，使矾土与还原剂（无烟煤或焦粒）、澄清剂（铁屑）在高温状态下进行氧化还原反应，除去杂质，并形成α—Al2O3，从而获得符合质量要求的刚玉块。
　　1）将炉料进行目标化设计，以求入炉物料的合理可控制；通过合理调配炉内熔融体的PH值，达到优化入炉料设计，从而得到良好的冶炼指标。
　　2）炉内主要化学反应：
　　经过对除尘粉体成分分析，其中SiO2在40%左右，Al2O3在40%左右，K2O在10%左右，余下的是Fe2O3和碳粉等。
　　在冶炼过程中约有50%TiO2被还原，以单质Ti进入低Fe—Si合金中，余下的TiO2以有价成分进入刚玉块中，而矾土杂质中有价MgO和杂质CaO基本保留其固有含量进入刚玉块中 。
　　3）炉料配比计算：
　　其中原料以1000kg熟矾土计,

 
式中: SiO2%、Fe2O3%、TiO2%分别表示原料中SiO2、Fe2O3、TiO2的百分含量，C%为无烟煤中固定碳的百分含量，Fe%为铁屑中的铁含量， K是铁硅比，（K取值5.5）
　　4）冶炼周期设计
　　根据冶炼设备容量状况，设计好炉料分批配制制度，冶炼炉料分前、中、后期分别配入是解决炉料差的合理的优化工艺设计，对其技术、经济效果非常有益。
　　3、冶炼过程控制
　　1）炉前调整：
　　在生产过程中，可根据用户质量指标要求，适当控制冶炼还原程度，来实现质量的有效控制，但是，由于进厂矾土矿的批量和数量及取样方法和冶炼操作方法等因素的影响，在实际生产过程中，有时需要通过沾棍来进行炉前判断调整（待工艺配比和工序操作熟悉后，可取消炉前调整过程）。
　　2）炉内还原控制：由于铝矾土中Al2O3含量下降和SiO2含量的增高，在冶炼过程中就必须增加C的涉入量，这就使其炉内还原气氛集聚加强，产生大量的高温气体，从而加大了冶炼操作和炉况控制难度；在加大C和Fe用量的情况下，可以有效地把SiO2祛除，但是，由于过还原使得矿物中的TiO2等有价成分也被过还原，以金属Ti的形式进入低硅铁中，使之棕刚玉的质量和性能下降，应用领域受限，所以，适当的敞弧排气，让SiO2、SiO废气有效的逸出是必要的。
　　3）.冶炼参数控制：为使之得到良好技术和经济指标，冶炼过程要随着物料的变化程度进行必要的工艺技术调整，根据熔池情况，合理调整冶炼过程的电流、电压档位，是必要的控制方法和手段。
　　4）、冶炼工艺控制与操作技能
　　冶炼是刚玉生产主要工序，通过冶炼，使矾土与还原剂、澄清剂在高温下进行氧化还原反应，除去杂质，并形成α—Al2O3，从而获得符合质量要求的刚玉块。对于高SiO2、CaO含量的矾土而言，从理论与实践方面分析，无论是固定炉或倾倒炉其冶炼工艺不同于传统的棕刚玉冶炼工艺。
　　
　　四、高硅、钙炉料的冶炼过程设计：
　　
　　冶炼方案一：非分别式冶炼。工艺技术方案（略）
　　冶炼方案二：分别式单一棕刚玉冶炼。工艺技术方案（略）
　　冶炼方案三：据物料化学组元确定，进行其它刚玉或特殊产品生产（SiO21.2—1.5；CaO1%左右），工艺技术方案需另行设计。
　　
　　五、经济效益与生产组织可行性分析
　　
　　任何一个企业的工业性生产或任何一项工艺技术方案，都必须是技术可行、经济合理、生产过程简洁方便，否则就不是最佳的生产或技术方案。
　　在棕刚玉生产过程中，一般冶炼工艺要求是：前期为保温期；中期为质量控制期；后期（要在尽量缩短冶炼时间的同时）为质量、产量双保期；以此来实现最佳的技术经济效果。通过对入炉料的预处理与工艺技术方案新的设计，预计可实现下述几方面的技术经济效果：
　　1.有利于冶炼工艺操作的顺利进行，减少炉内剧烈反应，提高生产效率，预计同等的冶炼作业期产能可提高5—`10%左右。
　　2.减少或消灭炉内因为反应而停电时间，可减轻冶炼工劳动强度，降低单耗，缩短冶炼时间。
　　3.可有效的提高或实现强化冶炼作业、强化冶炼速率，提高产能，提高企业的综合效益，降低成本；
　　4.可提高产品质量，实现质量的有效控制，为提高企业品牌效益打好基础，有利于创造市场、赢得市场、提高市场占有率，最终实现企业良好的社会及经济效益。
　　5.冶炼部分直接减少除尘损失铝矾土约在2%左右，备配料系统可减少铝矾土损失3%左右，如果将其这部分矾土粉尘回收利用，就按5%计算，以年产一万吨刚玉为例，所需要约1.2万吨铝矾土计,年可以节约铝矾土600吨,按900元/吨计,年创效益在54.万元.如果以企业生产十年计算，这将是一个受益不小的数字。
　　6.净化劳动生产环境，提高员工健康水平。